• 항공우주시스템공학회지
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• 제14권1호
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• pp.28-35
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• 2020

본 논문은 회전익 항공기의 동체에 특정 장비를 장착하기 위한 지지 구조물에서 균열이 발생하여 이를 개선하기 위한 목적으로 수행한 연구이다. 회전익 항공기 동체의 스킨(Skin) 구조물에 추가된 지지 구조물인 더블러(Doubler)는 개발 단계에서의 하중을 기반으로 설계 및 제작 되었으며, 항공기 운용 중 특정 시점에 더블러의 표면에서 균열이 발견되었다. 균열의 원인을 찾기 위해서 장비 장착 시 체결 조건으로 발생할 수 있는 원 구조물의 초기 변형을 고려하고, 항공기 날개 통과 주파수와 해당 구조물의 고유 주파수를 동특성 해석 조건으로 고려 하였다. 이러한 시나리오의 검토 결과로 초기 변형을 유발하는 패스너 체결 부위의 물리적인 틈(Gap) 제거를 위한 심(Shim)구조물을 추가하고, 두께가 보강된 더블러를 장착하였다. 개선된 설계의 구조적 검증을 위한 동특성 해석 결과를 검토하여 구조 강도의 증가를 확인하고, 더블러에 대한 피로 평가 수행을 통해 항공기 요구 수명 조건 또한 충족함을 확인하였다.

• International Journal of Aeronautical and Space Sciences
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• 제15권4호
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• pp.356-365
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• 2014

This paper is the second in a series and aims to build a high-fidelity mathematical model for a propeller-driven airplane using the propeller's aerodynamics and inertial models, as developed in the first paper. It focuses on aerodynamic models for the fuselage, the main wing, and the stabilizers under the influence of the wake trailed from the propeller. For this, application of the vortex lattice method is proposed to reflect the propeller's wake effect on those aerodynamic surfaces. By considering the maneuvering flight states and the flow field generated by the propeller wake, the induced velocity at any point on the aerodynamic surfaces can be computed for general flight conditions. Thus, strip theory is well suited to predict the distribution of air loads over wing components and the viscous flow effect can be duly considered using the 2D aerodynamic coefficients for the airfoils used in each wing. These approaches are implemented in building a high-fidelity mathematical model for a propeller-driven airplane. Flight dynamic analysis modules for the trim, linearization, and simulation analyses were developed using the proposed techniques. The flight test results for a series of maneuvering flights with a scaled model were used for comparison with those obtained using the flight dynamics analysis modules to validate the usefulness of the present approaches. The resulting good correlations between the two data sets demonstrate that the flight characteristics of the propeller-driven airplane can be analyzed effectively through the integrated framework with the propeller and airframe aerodynamic models proposed in this study.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2009년도 춘계학술대회 논문집
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• pp.491-494
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• 2009

This paper introduces the design concepts and characteristics of WinDS3000$^{TM}$ which is a trade mark of Doosan's 3MW offshore/onshore wind turbine. WinDS3000$^{TM}$ has been designed in consideration of high RAMS (Reliability, Availability, Maintainability and Serviceability) and cost effectiveness for the TC Ia condition in GL guideline. An integrated drive train design with an innovative three-stage gearbox has been introduced to minimize nacelle weight of the wind turbine and to enhance a high reliability for transmission. A permanent magnet generator with full converter system has been introduced to get higher efficiency in part load operation, and grid friendliness use of 50 Hz and 60 Hz grid. A pitch regulated variable speed power control with individual pitch system has been introduced to regulate rotor torque while generator reaction torque can be adjusted almost instantaneously by the associated power electronics. An individual pitch control system has been introduced to reduce fatigue loads of blade and system. The wind turbine has been also equipped with condition monitoring and diagnostic systems in order to meet maintainability requirements. And internal maintenance crane in nacelle has been developed. As a result, the maintenance cost was dramatically reduced and maintenance convenience also enhanced in offshore condition.

• 한국항공우주학회지
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• 제36권2호
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• pp.156-162
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• 2008

본 연구에서는 자유후류기법을 이용하여 복합재 무힌지 로터 블레이드에 대한 정적 공탄성 해석을 수행하였다. 1차원 보의 거동을 해석하기 위하여 대변형 보 이론이 적용되었다. 또한, 복합재 블레이드의 단면 해석을 위하여 이방성 보 이론이 적용되었다. 공탄성 해석에 필요한 공력 하중들은 와류격자법(VLM)에 기초한 3차원 공기력 모델을 통하여 계산되었다. 이때, 정지비행시의 후류는 순차적 시간 적분 자유후류법을 통하여 묘사되었다. 복합재 무힌지 로터 블레이드의 정적 변형에 대한 해석 결과를 2차원 준정상 공기력과 경험후류기법을 통한 해석 결과들과 비교하여 살펴보았다. 결과적으로, 정지비행시 후류 효과에 의해 정적 변형의 결과가 달라짐을 확인하였다.

• Composites Research
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• 제25권2호
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• pp.54-61
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• 2012

본 연구에서 유리섬유/에폭시 복합재를 이용한 2 MW 풍력터빈 시스템 타워에 대한 특정 구조설계 절차가 하중 분석, 단계적 설계 변경 통한 최적 구조설계 및 해석을 통해 새로이 제안되었다. 최적 타워 설계는 풍력터빈 시스템 단가의 20% 이상을 차지하는 중요한 구조물 이다. 타워 구조 설계 시, 풍하중, 블레이드, 나셀, 타워 등에 의한 자중, 블레이드 공기 역학적 항력 등의 3가지 하중이 고려된다. 초기의 복합재 구조설계는 단순 설계기법과 혼합설계기법을 병용 하였다. 상용 유한요소 해석 프로그램인 MSC.NASTRAN/PATRAN을 통하여 구조적 안전성을 검토 하였다. 최종 제안한 타워 형상은 모든 설계 요구조건을 충족함을 확인하였다.

• 한국항공우주학회지
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• 제44권5호
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• pp.439-446
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• 2016

이 논문에서는 무베어링 로터의 동특성을 비회전 강성 및 진동수 측정 시험과 회전 훨타워 시험을 통해 살펴보았다. 무베어링 로터의 주요 구성품인 블레이드, 유연보, 토크튜브에 대해 강성 및 고유진동수를 측정하여 해석을 위한 물성치를 확보하였고, 훨타워 시험 전에 댐퍼와 스너버를 장착한 무베어링 로터를 조립하여 지상에서 하중이 부가되는 조건하에 기능시험을 수행하여 로터 구성품간의 간섭 여부, 기구학적 거동 등을 확인하였다. 4개의 블레이드를 가지고 회전반경이 5.82m인 무베어링 로터의 회전 동특성시험을 회전면 높이가 9.65m인 훨타워에서 수행하였다. 정지비행성능을 확인하기 위해 추력과 사용동력을 측정하였으며, 회전시 블레이드의 고유진동수 및 감쇠를 측정하기 위해 유압 가진기를 통하여 사이클릭 가진을 하였다.

• 대한기계학회논문집A
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• 제36권12호
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• pp.1489-1495
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• 2012

본 논문에서는 부유식 플랫폼의 동적 거동을 고려하여 해상 풍력 발전기 타워의 구조 해석을 수행하였다. 풍력 발전기는 플랫폼, 타워, 낫셀, 허브 그리고 3 개의 블레이드로 구성된다. 타워는 3 차원 빔 요소를 사용하여 탄성체로 모델링하여 탄성 다물체계 동역학을 기반으로 한 운동 방정식을 구성하였다. 회전하는 블레이드에는 블레이드 요소 운동량 이론에 따라 계산된 공기역학적 힘이 적용되었고, 부유식 플랫폼에는 유체정역학적 힘, 유체동역학적 힘 그리고 계류력이 적용되었다. 타워의 구조 동역학적 거동을 수치적으로 시뮬레이션하였다. 시뮬레이션 결과를 이용하여 굽힘 모멘트와 응력을 산출하고 허용치와 비교하였다.

• Journal of Biosystems Engineering
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• 제40권3호
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• pp.165-177
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• 2015

Purpose: Accurate monitoring of soil strength is a key technology applicable to various precision agricultural practices. Soil strength has been traditionally measured using a cone penetrometer, which is time-consuming and expensive, making it difficult to obtain the spatial data required for precision agriculture. To improve the current, inefficient method of measuring soil strength, our objective was to develop and evaluate an in-situ system that could measure horizontal soil strength in real-time, while moving across a soil bin. Methods: Multiple cone-shape penetrometers were horizontally assembled at the front of a vertical plow blade at intervals of 5 cm. Each penetrometer was directly connected to a load cell, which measured loads of 0-2.54 kN. In order to process the digital signals from every individual transducer concurrently, a microcontroller was embedded into the measurement system. Wireless data communication was used between a data storage device and this real-time horizontal soil strength (RHSS) measurement system travelling at 0.5 m/s through an indoor experimental soil bin. The horizontal soil strength index (HSSI) measured by the developed system was compared with the cone index (CI) measured by a traditional cone penetrometer. Results: The coefficient of determination between the CI and the HSSI at depths of 5 cm and 10 cm ($r^2=0.67$ and 0.88, respectively) were relatively less than those measured below 20 cm ($r^2{\geq}0.93$). Additionally, the measured HSSIs were typically greater than the CIs for a given numbers of compactor operations. For an all-depth regression, the coefficient of determination was 0.94, with a RMSE of 0.23. Conclusions: A HSSI measurement system was evaluated in comparison with the conventional soil strength measurement system, CI. Further study is needed, in the form of field tests, on this real-time measurement and control system, which would be applied to precision agriculture.

• Geomechanics and Engineering
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• 제34권1호
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• pp.103-113
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• 2023

This study focused on understanding the relationship between the design of a tunnel boring machine disc cutter ring and its rock-breaking efficiency, as well as the applicable conditions of different cutter ring types. The discrete element method was used to establish a numerical model of the rock-breaking process using disc cutters with different ring types to reveal the development of rock damage cracks and variation in cutter penetration load. The calculation results indicate that a sharp-edged (V-shaped) disc cutter penetrates a rock mass to a given depth with the lowest load, resulting in more intermediate cracks and few lateral cracks, which leads to difficulty in crack combination. Furthermore, the poor wear resistance of a conventional V-shaped cutter can lead to an exponential increase in the penetration load after cutter ring wear. In contrast, constant-cross-section (CCS) disc cutters have the highest quantity of crack extensions after penetrating rock, but also require the highest penetration loads. An arch-edged (U-shaped) disc cutter is more moderate than the aforementioned types with sufficient intermediate and lateral crack propagation after cutting into rock under a suitable penetration load. Additionally, we found that the cutter ring wedge angle and edge width heavily influence cutter rock-breaking efficiency and that a disc cutter with a 16 to 22 mm edge width and 20° to 30° wedge angle exhibits high performance. Compared to V-shaped and U-shaped cutters, the CCS cutter is more suitable for soft or medium-strength rocks, where the penetration load is relatively small. Additionally, two typical case studies were selected to verify that replacing a CCS cutter with a U-shaped or optimized V-shaped disc cutter can increase cutting efficiency when encountering hard rocks.

• 항공우주시스템공학회지
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• 제17권5호
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• pp.19-27
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• 2023

본 연구에서는 유한요소해석을 이용하여 터빈 케이스의 컨테인먼트 성능 평가를 수행하였다. 충격 하중을 받는 구조물의 경우 변형률 속도가 증가함에 따라 유동 응력이 증가하기 때문에 충격 거동을 해석하기 위해서는 변형률 속도가 필수적으로 고려되어야 한다. 본 연구에서는 3가지 재료 모델(Cowper-Symonds, Johnson-Cook, Modified Johnson-Cook)을 충격 해석에 적용하고자 하였다. 해석에 적용된 재료 모델을 검증하기 위해서 알루미늄 6061 평판에 대한 충격 시험을 진행하였다. 실험과 해석 결과를 비교, 분석한 결과 Modified Johnson-Cook 모델이 가장 적은 오차를 보였다. 끝으로 해당 재료 모델을 터빈 케이스의 컨테인먼트 성능 평가에 적용하여 블레이드의 초기 속도에 따른 관통 여부와 충돌 부위에서 발생한 응력과 변형률을 제시하였다.